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Erfinder schaffen Leben, atmen menschliche Lunge auf einem Chip

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"Wahrscheinlich die größte Herausforderung in Die Entwicklung von Medikamenten bedeutet, dass das gesamte Medikamentenentwicklungsmodell gebrochen ist ", so Donald Ingber, Senior Biotechnology Professor an der Harvard University. "Jeder weiß es. Die Pharmaunternehmen wissen das. Die FDA weiß es. Aber niemand hat etwas dagegen getan."

Ingber kennt sich mit Bioingenieurwesen aus. Er ist der Gründungsdirektor des Wyss-Instituts für biologisch inspiriertes Ingenieurwesen. Geboren aus einer Spende von 250 Millionen US-Dollar des Schweizer Milliardärs Hansjörg Wyss, ist das Ziel des Instituts so groß wie das Geschenk: zu verändern, wie wir Technik machen.

"Wir haben jetzt genug entdeckt, wie die Natur Steuerungen und Hersteller baut und wir Ich habe erkannt, dass die Natur es besser macht als der Mensch ", sagte Ingber. "Die Idee ist, dass wir von der Natur lernen und technische Innovationen, Geräte und neue Materialien entwickeln können, die so funktionieren wie unsere Biologie. Das kann kompatibler sein, kann funktioneller, spezifischer, weniger toxisch und wirklich integriert sein unsere Körper in nahtloser Weise. "

Ingber leitet Hunderte von Projekten und beschäftigt etwa 350 Ingenieure, Produktmanager und Postdocs. Er glaubt, dass seine Teams in der Lage waren, transformative Ideen und Produkte zu entwickeln, weil Barrieren, die in traditionellen Forschungsumgebungen existieren, bei Wyss nicht existieren.

"Wir haben das übliche akademische Modell dadurch gebrochen, dass wir keine Abteilung sind. Wir sind nicht in irgendeiner Schule, wir haben nicht alle unsere Fakultäten zusammengebracht. Wir haben unsere Fakultät tatsächlich in ihren eigenen Abteilungen und in ihren eigenen kleinen Imperien bleiben lassen ", sagte er. "Wir haben dann kleine Teile der Gruppe jeder Person in so genannten Collaboratories zusammengefasst. Sie sind Orte, an denen wir bei bestimmten Projekten zusammenarbeiten, nicht im Besitz eines Fakultätsmitglieds, sondern im Besitz eines Projekts. Sie sind wirklich durch Leidenschaft und Wissenschaft organisiert, nicht durch administrative Richtlinien und Abteilungsgrenzen. "

Wyss hat Mitarbeiter, Partnerschaften und Konsortialvereinbarungen auf der ganzen Welt, und Ingber stellt fest, dass es weiter wächst. "Es ist wie das Raumschiff-Unternehmen", sagte er. "Es gibt Menschen von überall her. Es ist eines der fantastischsten Dinge, von denen ich nicht glaube, dass die durchschnittliche Person es realisiert."

Ein Produkt, das sich dem letzten Entwicklungsstadium nähert, betrifft menschliche Organe auf einem Chip. Senior Staff Scientist Geraldine Hamilton hat diesen Sommer bei TED Boston eine Lunge auf einem Chip präsentiert. Nicht mit einer computerisierten Lunge zu verwechseln, haben Hamilton und ihr Team tatsächlich eine Lunge auf einem Plastikchip etwa viertelstündlich aufgebaut. Sie verwendeten menschliche Lungen- und Blutgefäßzellen und konnten die Atmung innerhalb des Chips nachahmen. "Die Idee ist, dass diese Chips die menschliche Reaktion auf Medikamente besser vorhersagen, aber auch ein besseres Verständnis dafür liefern, wie diese Krankheiten funktionieren und uns möglicherweise helfen, bessere Heilmittel für Krankheiten zu finden", sagte Hamilton.

Derzeit kostet es Millionen Dollar, um eine einzelne Verbindung zu testen. Aufgrund jahrelanger Tierversuche für ein bestimmtes Produkt gehen zahlreiche Tierleben verloren. Wenn Wyss die Testphase durch Organe auf Chips erfolgreich durchführen kann, können Tiere und Geld gespart werden. Also Hamilton, hat nicht an der Lunge angehalten. Ihr Team hat eine Reihe von schlagenden Organen entwickelt, darunter ein Herz, eine Niere und eine Leber auf Chips. "Die wahre Kraft kommt von der Verbindung von ihnen", sagte Hamilton. "Sie können damit beginnen, alle menschlichen Körperfunktionen vorherzusagen."

Die Reaktion des menschlichen Körpers auf alles ist sehr komplex. Es ist nie nur ein Organ, sondern oft die Interaktion zwischen Organen. Also, Dr. Hamilton arbeitet mit Sony - einem großen Hersteller, der DVDs unter anderem Elektronik herstellt, um Chips in einem Maßstab zu schaffen, der wegwerfbar und preiswert sein kann. "Stellen Sie sich vor, unsere Chips können in eine kleine Patrone passen und diese Patrone kann in ein Instrument stecken", sagte Hamilton. "So wie du es mit einer CD machst. Du bekommst eine CD, du steckst sie ein, mit einer Fernbedienung arbeitest du."

Sobald alle Chips eingesteckt sind, nimmt ein leistungsfähiges Mikroskop Live-Bilder der Zellen auf und sendet die Daten direkt an ein iPhone, iPad oder Computertisch, so dass Änderungen und Entwicklungen in Echtzeit überwacht werden können. "Dies stellt eine Benutzeroberfläche zur Verfügung Das erlaubt Ihnen, genau zu wissen, was mit jedem Ihrer Chips passiert ", sagte Hamilton.

Was sie in Vorversuchen herausgefunden haben, war bahnbrechend. "Erstaunlich ist, dass wir Dinge entdeckt haben, die noch niemand zuvor gesehen hat. Wir ahmen nicht nur nach, wir sagen es voraus. Wir haben herausgefunden, dass die Atembewegungen für einen letzten Teil der Absorption dieser Teilchen verantwortlich sind", sagte Ingber. Sie waren sogar in der Lage, ein neues Medikament zu testen, um Flüssigkeit in den Lungen zu verhindern, bekannt als Lungenadema. Die Pharmaunternehmen testeten es kurz darauf an Kaninchen und Hunden und bestätigten die Ergebnisse von Hamiltons Team.

Sobald dieses System für Labors zum Kauf verfügbar ist, erwartet Ingber, dass es schließlich Tierversuche ersetzen wird, was die Kosten senkt und die Kosten senkt Zeitrahmen des Drogentestprozesses. Am wichtigsten ist, dass die Tests in menschlichen Zellen durchgeführt werden, von denen er glaubt, dass sie eine viel höhere Vorhersagefähigkeit haben werden. Letzte Aktualisierung: 12.12.2013

Dr. Sanjay Gupta

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